Effects of a LED/UV nail polish dryer in human keratinocytes: focus on cytotoxicity and photoprotection

Abstract

Nail polish dryers are radiation-emitting devices used to dry and cure nail polishes, mostly required in the popularized gel nails making process. The radiation emitted by these devices is mostly situated in the ultraviolet A (UVA) range, but also in the visible light spectrum (in the case of those equipped with light emitting diodes, LEDs). Due to the increasing use of these devices and the scientific concerns related to the UVA radiation effects on human skin, the safety of the UV-nail polish dryers has been questioned. Recently, cytotoxic, genotoxic and mutagenic effects were demonstrated in human and murine cells. Bringing these findings together with previous reports associating the use of these devices and skin cancer, a wider evaluation of the effects involved is required, as well as exploring photoprotection strategies. The present dissertation pretended to evaluate the cytotoxic effects of a LED/UV nail polish dryer by accessing the effects on cell viability and intracellular reactive oxygen species (ROS). For that, human keratinocytes were exposed to the radiation during different time periods, namely: one, two or three cycles of 90 seconds, interspaced by 5 minute intervals, in the case of non-singular exposures. This approach aimed to mimicry the common procedure of gel nails making. Cytotoxic effects were confirmed both through the cell viability decrease observed 72 hours after all the radiation treatments, and intracellular ROS levels increase, 72 hours after exposing to two cycles of irradiation. Furthermore, a spatial division of the surface underneath the lamps, both in terms of irradiance received and cell cytotoxicity, allowed a better understanding of the effects observed. Three levels of severity of effects were associated to differently positioned cultured cells. Thus, the cells subjected to a level 1, 2 and 3 demonstrated the lowest, middle and higher levels of cytotoxicity, respectively. Based on that categorization, a slightly different spatial division was performed for each evaluation (cell viability and intracellular ROS content), and an agreement with the irradiance values heterogeneity was found for both cases. In the most severe level of exposure (level 3), mortality rates of almost 95% were observed for the longer exposure (three cycles of 90 seconds). In the case of the intracellular ROS content, an increase of 110% was also observed for level 3, when exposing to two cycles of irradiation. Finally, the photoprotective capacity against the radiation emitted by this particular nail polish dryer was evaluated for a commonly used UV-filter (Benzophenone-3) and a natural UV-screening mixture based on marine macroalgae compounds (Helioguard™ 365). No photoprotective effect was observed for the compounds tested. The results of the present dissertation reinforce the need to better characterize the cytotoxicity caused by the radiation emitted by these devices, as well as to continue the evaluation of the photoprotective capacity of UV-filters or sunscreens. The wide range of nail polish dryers available on the market, in function of each radiation source, should be considered. Public awareness on the potential risks associated with the use of these devices and, specially, to the need of using efficient photoprotective agents, should be cogitated.

Os secadores de unhas de gel são equipamentos emissores de radiação, usados no processo de secagem de esmaltes de unhas, maioritariamente no caso das popularizadas unhas de gel. A radiação emitida por estes equipamentos situa-se sobretudo na gama ultravioleta A (UVA), mas também no espetro da luz visível (no caso dos equipados com light emitting diodes, LEDs). Tendo em conta o seu crescente uso, juntamente com a preocupação científica relativamente aos efeitos da radiação UVA na pele humana, a segurança dos secadores de unhas de gel tem vindo a ser questionada. Recentemente, efeitos citotóxicos, genotóxicos e mutagénicos foram relatados em células humanas e murinas. Adicionando a este conhecimento associações anteriormente relatadas entre o uso destes equipamentos e cancro da pele, uma avaliação mais ampla dos efeitos envolvidos torna-se necessária. A presente dissertação teve como intuito avaliar os efeitos citotóxicos de um secador de unhas de gel LED/UV, através das alterações observadas, tanto na viabilidade celular, como nos níveis intracelulares de espécies reativas de oxigénio (ROS). Para esse efeito, queratinócitos humanos foram expostos à radiação durante diferentes períodos de tempo, nomeadamente: um, dois e três ciclos de 90 segundos, separados por intervalos de 5 minutos, no caso das exposições não singulares. Esta abordagem teve como objetivo simular o procedimento comum usado para fazer unhas de gel. Os efeitos citotóxicos foram confirmados, tanto através da diminuição da viabilidade celular observada 72 horas após todas as condições de irradiação, como no aumento dos níveis intracelulares de ROS, 72 horas após a exposição a dois ciclos de irradiação. Além disso, foi realizada uma divisão espacial da área sob as lâmpadas, tanto em termos de citotoxicidade, como de irradiância recebida, permitindo uma melhor compreensão dos efeitos observados. Considerou-se que as células em cultura estiveram expostas a três níveis diferentes de severidade de efeitos. Desta forma, as células sujeitas aos níveis de 1, 2 e 3 demonstraram os níveis de citotoxicidade mais baixos, intermédios e mais altos, respetivamente. Com base nessa categorização, a divisão espacial foi realizada de forma ligeiramente diferente para cada avaliação (viabilidade celular e conteúdo intracelular de ROS), sendo que uma concordância com a heterogeneidade observada quanto aos valores de irradiância foi encontrada para ambos os casos. Para o nível de exposição mais severo (nível 3), uma mortalidade celular de até 95% foi observada para o tempo de exposição mais longo (três ciclos de 90 segundos). No caso do conteúdo intracelular de ROS, um aumento de 110% foi observado para o mesmo nível de exposição 3, aquando da exposição a dois ciclos de irradiação. Finalmente, a capacidade fotoprotetora em relação à radiação emitida por este secador de unhas de gel em particular foi avaliada, para um filtro-UV amplamente usado (benzophenona-3), e para uma formulação fotoprotetora natural, baseada em compostos de macroalgas marinhas, Helioguard™ 365. Os resultados não revelaram efeito fotoprotetor para nenhum dos compostos testados. A presente dissertação reforça a necessidade de melhor caracterizar a citotoxicidade causada pela radiação emitida por estes equipamentos, assim como a importância de continuar a pesquisar sobre a capacidade fotoprotetora de filtros-UV e protetores solares. A larga gama de secadores de unhas de gel disponível no mercado, em função da respetiva fonte de radiação, deverá ser considerada. Aumentar a consciência pública acerca dos potenciais riscos associados ao uso destes equipamentos e, especialmente, da necessidade do uso de agentes fotoprotetores eficientes, poderá ser algo a equacionar.